khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình

khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp mục lục Trang Mục lục . 1 Chơng 1 - tổng quan về công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình . 4 1.1 Khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình 4 1.2 Lới khống chế dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình . 10 1.3 Các phơng pháp quan trắc chuyển dịch ngang . 18 1.4 Thực trạng chuyển dịch và biến dạng công trình ở nớc ta hiên nay . 27 Chơng 2 - Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do 32 2.1 Khái niệm về lới trắc địa tự do . 32 2.2 Phép chuyển đổi toạ độ Helmert và định vị mạng lới trắc địa tự do . 37 2.3 Một số tính chất về kết quả bình sai lới tự do . 42 Chơng 3 - ứng dụng bình sai lới tự do trong xử lý lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình . 45 3.1 Tính toán xử lý số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang 45 3.2 Thuật toán xử lý số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang 46 3.3 Sơ đồ khối và quy trình xử lý lới quan trắc chuyển dịch ngang . 52 3.4 Lập trình ứng dụng 55 3.5 Tính toán thực nghiệm . 69 phụ lục 1 72 phụ lục 2 81 phụ lục 3 83 Tài liệu tham khảo . 88 Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 1 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Mở đầu Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, Nhà nớc cùng với các nhà đầu t trong và ngoài nớc đã và đang đầu t xây dựng rất nhiều công trình lớn có quy mô hiện đại nh: nhà máy xi măng, các công trình nhà cao tầng, nhà máy thuỷ điện, các công trình cầu Để thi công đ ợc các công trình này đều phải tiến hành công tác trắc địa. Một trong những công tác quan trọng đợc tiến hành ngay từ khi đặt nền móng công trình và đợc thực hiện trong suốt quá trình khai thác sử dụng và vận hành công trình đó chính là công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình. Các kết quả quan trắc biến dạng cho phép đánh giá mức độ ổn định và an toàn của công trình giúp cho ngời chủ quản có kế hoạch tu tạo, bảo dỡng và ngăn chặn những hậu quả xấu có thể xảy ra đối với công trình. Ngày nay, với việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất kết hợp với việc tổ chức và áp dụng các quy trình quan trắc hợp lý, độ chính xác của các trị đo đã đợc nâng cao đáng kể. Nhng do lới quan trắc biến dạng công trình là một mạng lới đặc thù, đòi hỏi độ chính xác rất cao, do đó bên cạnh độ chính xác các kết quả quan trắc đợc nâng cao thì việc áp dụng các quy trình và phơng pháp xử lý phù hợp với bản chất của của mạng lới quan trắc biến dạng là rất cần thiết, nhằm nâng cao chất lợng của công tác xử lý số liệu. Nhận thức đợc tầm quan trọng của phơng pháp xử lý số liệu đối với lới quan trắc biến dạng công trình nên khi đợc giao đồ án tốt nghiệp tôi đã chọn đề tài: Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình . Nội dung của đồ án gồm ba chơng: Chơng 1: Tổng quan về công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình Chơng 2: Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do Chơng 3: ứng dụng phơng pháp bình sai lới tự do trong xử lý lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 2 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Do trình độ còn hạn chế về trình độ nên cuốn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các Thầy, Cô giáo cùng các bạn đồng nghiệp để cuốn đồ án đợc hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Thầy, Cô trong khoa Trắc địa cùng các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của Thầy TS. Nguyễn Quang Phúc trong suốt quá trình làm đồ án. Hà Nội, tháng 6 năm 2008 Sinh viên: Phùng Xuân Thuỳ Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 3 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Chơng 1 Tổng quan về công tác quan trắc Chuyển dịch biến dạng công trình 1.1. khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình 1.1.1. Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình 1.1.1.1. Chuyển dịch công trình Chuyển dịch công trình trong không gian là sự thay đổi vị trí công trình theo thời gian và đợc phân biệt thành hai loại: chuyển dịch theo phơng thẳng đứng và chuyển dịch trong mặt phẳng ngang. Chuyển dịch theo phơng thẳng đứng đợc gọi là độ trồi lún (nếu chuyển dịch theo hớng xuống dới thì gọi là lún, hớng lên trên gọi là trồi). Chuyển dịch công trình trong mặt phẳng nằm ngang gọi là chuyển dịch ngang. 1.1.1.2. Biến dạng công trình Biến dạng công trình là sự thay đổi mối tơng quan hình học của công trình ở quy mô tổng thể hoặc ở các kết cấu thành phần. Biến dạng xảy ra do chuyển dịch không đều giữa các bộ phận công trình, các biến dạng thờng gặp là hiện t- ợng cong, vặn xoắn, rạn nứt của công trình. Nếu công trình bị chuyển dịch, biến dạng vợt quá giới hạn cho phép thì không những gây trở ngại cho quá trình khai thác sử dụng mà có thể dẫn đến các sự cố h hỏng, đổ vỡ và phá huỷ một phần hoặc toàn bộ công trình. 1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình Các công trình bị chuyển dịch biến dạng là do tác động của hai loại yếu tố chủ yếu: - Yếu tố tự nhiên - Yếu tố nhân tạo Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 4 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp 1.1.2.1. Tác động của các yếu tố tự nhiên Tác động của các yếu tố tự nhiên do các nguyên nhân sau: - Khả năng lún, trợt của lớp đất đá dới nền móng công trình và các hiện t- ợng địa chất công trình, địa chất thuỷ văn khác. - Sự co giãn của đất đá - Sự thay đổi của các điều kiện thuỷ văn theo nhiệt độ, độ ẩm, và mực nớc ngầm 1.1.2.2. Tác động của các yếu tố nhân tạo Tác động của các yếu tố nhân tạo bao gồm: - ảnh hởng của trọng tải bản thân công trình - Sự thay đổi các tính chất cơ lý đất đá do việc quy hoặch cấp thoát nớc. - Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thuỷ văn. - Sự suy yếu của nền móng công trình do thi công các công trình ngầm dới công trình. - Sự thay đổi áp lực ngang lên nền móng công trình do xây dựng các công trình khác ở gần. - Sự rung động của nền móng công trình do vận hành máy móc và hoạt động của các phơng tiện giao thông. 1.1.3. Các tham số đặc trng cho quá trình chuyển dịch ngang công trình a. Chuyển dịch ngang tuyệt đối của một điểm ( q i ) Là đoạn thẳng từ vị trí ban đầu của điểm đó đến vị trí tại thời điểm quan trắc (tính trong mặt phẳng ngang): 2 2 )()( 00 iijiiji yyxxq += (1.1) Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 5 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Trong đó: (x ij , y ij ) là toạ độ (xét trong mặt phẳng ngang) của điểm thứ i trong chu kỳ quan trắc thứ j 00 ,( ii yx ) là toạ độ ban đầu của điểm thứ i Các điểm ở những vị trí khác nhau của công trình có mức chuyển dịch ngang bằng nhau thì quá trình chuyển dịch ngang đợc coi là chuyển dịch đều. Chuyển dịch (ngang) đều chỉ xảy ra khi áp lực ngang của công trình và mức độ chịu nén của đất đá ở các vị trí khác nhau của nền là nh nhau. Chuyển dịch ngang không đều xảy ra do sự chênh lệch áp lực ngang lên công trình và mức độ chịu nén của đất đá không nh nhau. Chuyển dịch không đều làm cho công trình bị nghiêng cong, vặn, xoắn và biến dạng khác. Biến dạng lớn sẽ có thể dẫn đến hiện tợng gãy, nứt ở nền móng và tờng công trình. b. Chuyển dịch ngang trung bình của công trình: q tb n q q n i i tb = = 1 (1.2) Trong đó: q i : chuyển dịch tuyệt đối của điểm i n: số lợng điểm kiểm tra trên công trình c. Chênh lệch chuyển dịch theo một trục: q Đặc trng cho độ xoay của công trình 13 qqq = (1.3) Trong đó: q 3 , q 1 là giá trị chuyển dịch của hai điểm ở hai đầu trục d. Độ cong tuyệt đối và độ cong tơng đối của công trình theo một trục Độ cong tuyệt đối: f 1 đợc xác định nh sau Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 6 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp 2 )(2 312 1 qqq f + = (1.4) Trong đó: q 1 , q 3 : giá trị chuyển dịch của 2 điểm ở 2 đầu trục q 2 : giá trị chuyển dịch của điểm kiểm tra ở giữa trục Độ cong tơng đối: f 2 3,1 1 2 l f f = (1.5) l 1,3 : chiều dài của trục công trình e. Tốc độ chuyển dịch của từng điểm và tốc độ chuyển dịch trung bình Tốc độ chuyển dịch của điểm i: v i t q v i i = (1.6) Trong đó t: thời gian giữa hai chu kỳ quan trắc Tốc độ chuyển dịch trung bình của công trình: v tb n v v n i i tb = = 1 (1.7) 1.1.4. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình 1.1.4.1. Mục đích Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nhằm mục đích xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến dạng và từ đó có biện pháp xử lý, để phòng tai biến đối với công trình, cụ thể là: Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 7 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp 1. Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng để đánh giá độ ổn định công trình, phòng ngừa các sự cố h hỏng, đổ vỡ có thể xảy ra. 2. Kết quả quan trắc là số liệu đối chứng để kiểm tra các tính toán trong giai đoạn thiết kế công trình. 3. Nghiên cứu quy luật biến dạng trong những điều kiện khác nhau và dự đoán biến dạng của công trình trong tơng lai. 4. Xác định các loại biến dạng có ảnh hởng đến quá trình vận hành công trình, từ đó đề ra chế độ sử dụng, khai thác công trình một cách hợp lý. 1.1.4.2. Nhiệm vụ Để quan trắc chuyển dịch biến dạng một công trình, trớc hết cần phải thiết kế phơng án kinh tế - kỹ thuật bao gồm: 1. Nhiệm vụ kỹ thuật 2. Khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và chế độ vận hành. 3. Sơ đồ phân bố mốc khống chế và mốc kiểm tra. 4. Sơ đồ quan trắc. 5. Yêu cầu độ chính xác quan trắc ở những giai đoạn khác nhau. 6. Phơng pháp và dụng cụ đo. 7. Phơng pháp chỉnh lý kết quả đo. 8. Sơ đồ lịch cho công tác quan trắc. 9. Biên chế nhân lực và dự toán kinh phí. 1.1.5. Yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc 1.1.5.1. Yêu cầu độ chính xác quan trắc Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần thiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu định lợng của đại lợng này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dới nền móng, đặc điểm kết cấu và vận hành công trình. Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 8 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Có hai cách xác định yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch, cách thứ nhất là xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo ( đợc nêu trong bản thiết kế công trình), cách thứ hai xác định theo tiêu chuẩn xây dựng, vận hành công trình (đợc quy định trong các tiêu chuẩn ngành). 1- Theo chuyển dịch dự báo, yêu cầu độ chính xác quan trắc đợc xác định theo công thức: 2 t Q Q m (1.8) Trong đó: t Q m - yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch ở thời điểm t . t Q - giá trị chuyển dịch dự báo đến thời điểm t . - hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc, phụ thuộc vào xác xuất đợc chấp nhận. Đối với công tác quan trắc biến dạng thờng lấy xác xuất P = 0.997 (tơng ứng với 3 = ) và khi đó công thức tính độ chính xác quan trắc chuyển dịch là: t Q Q m t 17.0 (1.9) Nếu chuyển dịch công trình có giá trị dự báo là nhỏ thì đại lợng t Q m tính theo công thức (1.9) cũng nhỏ, trong một số trờng hợp sẽ rất khó đạt đợc tiêu chuẩn chính xác nh vậy. 2- Trong thực tế, yêu cầu độ chính xác quan trắc thờng đợc xác định dựa vào điều kiện nền móng, đặc điểm kết cấu đối với từng loại công trình cụ thể (các tiêu chuẩn này do cơ quan quản lý ngành ban hành). Yêu cầu độ chính xác quan trắc đối với các công trình dân dụng- công nghiệp thông thờng đợc đa ra ở bảng 1.1. Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 9 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Bảng 1.1: Yêu cầu độ chính xác đo lún và chuyển dịch ngang công trình 1.1.5.2. Chu kỳ quan trắc Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình là dạng công tác đo lặp, đợc thực hiện nhiều lần với cùng đối tợng, mỗi lần đo đợc gọi là một chu kỳ quan trắc. Thời gian thực hiện các chu kỳ đo đợc xác định trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật quan trắc lún hoặc chuyển dịch ngang công trình. Chu kỳ quan trắc phải đợc tính toán sao cho kết quả quan trắc phản ánh đúng thực chất quá trình chuyển dịch của đối tợng quan trắc. Nếu chu kỳ đo tha thì sẽ không xác định đúng quy luật chuyển dịch, ngợc lại nếu ấn định chu kỳ quan trắc quá dày sẽ dẫn đến lãng phí nhân lực, tài chính và các chi phí khác. Có thể phân chia các chu kỳ quan trắc chuyển dịch thành ba giai đoạn: giai đoạn thi công, giai đoạn đầu vận hành và giai đoạn công trình đi vào ổn định. Trong giai đoạn thi công, chu kỳ quan trắc đợc thực hiện ngay sau thời điểm xây song phần móng, khi ma công trình còn cha chịu tác động của tải trọng hoặc áp lực ngang. Các chu kỳ tiếp theo đợc ấn định tuỳ thuộc tiến độ xây dựng và mức tăng tải trọng công trình. Trong một số trờng hợp đặc biệt, khi phát sinh yếu tố ảnh hởng không có lợi đến độ ổn định của công trình, cần thực hiện các chu kỳ quan trắc bổ xung. Riêng đối với các công trình chịu áp lực biến đổi theo chu kỳ(nh các công trình Phùng Xuân Thuỳ Lớp Trắc địa A-K48 TT Loại công trình, nền móng Độ chính xác quan trắc 1 Công trình bê tông xây trên nền đá gốc 1 mm 2 Công trình xây trên nền đất cát, sét và các nền chịu nén khác 3 mm 3 Các loại đập đát đá chịu áp lực cao 5 mm 4 Công trình xây trên nền đất đắp, nền trợt 10 mm 5 Các loại công trình bằng đất đắp 15 mm 10 [...]... phải thông hớng và toàn bộ quá trình định vị có thể đợc tự động hoàn toàn Trong lĩnh vực trắc địa, công nghệ GPS đợc áp dụng rộng rãi trong công tác xây dựng các mạng lới khống chế mặt bằng, lới thi công công trình, trong đo vẽ bản đồ, trong quan trắc địa động và dịch chuyển vỏ trái đất Trong những năm gần đây công nghệ GPS đã bắt đầu đợc áp dụng trong quan trắc chuyển dịch ngang các công trình xây dựng,...Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp chịu áp lực tại nhà máy thuỷ điện, đập nớc của hồ chứa), công tác quan trắc biến dạng đợc thực hiện thờng xuyên trong suốt quá trình vận hành, khai thác công trình 1.2 lới khống chế dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình 1.2.1 Nguyên tắc xây dựng lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình Chuyển dịch ngang công trình đợc xác định trên cơ... thuộc và lới tự do Lới trắc địa tự do đợc định nghĩa là loại lới mà trong đó không có đủ số liệu gốc tối thiểu cần thiết cho việc định vị Nếu lới trắc địa số liệu gốc có sai số vợt quá sai số đo thì mạng lới cũng đợc coi là lới tự do, trong trờng hợp này số liệu gốc chỉ có tác dụng là cơ sở cho việc định vị lới Mỗi dạng lới có một tập hợp số liệu gốc tối thiểu riêng biệt, cụ thể là: lới độ cao có số liệu. .. chuyển dịch ngang là các loại máy toàn đạc điện tử chính xác nh: TC- 2002, TC- 2003, TC- 1700 Máy GPS chính xác nh: Máy một tần SR510, máy hai tần SR530 Phùng Xuân Thuỳ 31 Lớp Trắc địa A-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Chơng 2 Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do 2.1 khái niệm về lới trắc địa tự do 2.1.1 Một số khái niệm về lới trắc địa tự do Phụ thuộc vào tính chất số liệu gốc, lới trắc địa đợc... trong quan trắc chuyển dịch ngang Tuỳ thuộc vào tính chất của từng công trình mà ta có thể áp dụng các phơng cho hợp lý nhằm đảm bảo tính kinh tế và tính kỹ thuận Sau đây là Phùng Xuân Thuỳ 18 Lớp Trắc địa A-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp một số phơng pháp quan trắc chuyển dịch ngang thờng gặp 1.3.1 Quan trắc chuyển dịch ngang bằng lới đo góc-cạnh 1.3.1.1 Phơng pháp tam giác Phơng pháp tam giác (với... quả quan trắc chuyển dịch, biến dạng cho phép chúng ta có thể đánh giá một cách chính xác thực trạng của công trình ở mọi thời điểm và chính xác hoá các phơng án thiết kế nền móng công trình 1.4.3 Các phơng pháp quan trắc Với những công trình bị chuyển dịch và biến dạng kể trên thì chúng ta có thể áp dụng các phơng pháp sau để quan trắc: a Đối với công tác quan trắc lún ta có thể áp dụng các phơng pháp. .. phí khác A 1 B 3 2 C D Hình 1.7 - Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang Phùng Xuân Thuỳ 19 Lớp Trắc địa A-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp A, B, C, D - là các điểm khống chế cơ sở đặt ngoài công trình 1, 2, 3 - là các điểm quan trắc gắn trên công trình Dựa vào toạ độ của các điểm quan trắc ở hai chu kỳ quan trắc khác nhau để tính giá trị và hớng chuyển dịch q xi = xi, j xi,( j 1) q yi... dụng và đặc điểm kết cấu công trình 2 Đặc điểm nền móng công trình 3 Thời hạn công trình đã sử dụng và các hiện tợng biến dạng nhìn thấy bằng mắt 4 Số lợng máy thu và đặc điểm máy thu GPS sẽ đợc sử dụng để quan trắc 5 Chất lợng các phụ tùng kèm theo máy thu ( định tâm quang học) Phùng Xuân Thuỳ 27 Lớp Trắc địa A-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp 6 Điều kiện địa hình ở khu vực công trình cần quan trắc. .. quan trắc 7 Phần mền sử dụng để xử lý số liệu đo Trên cơ sở các thông tin này chúng ta sẽ chọn đồ hình mạng lới quan trắc, phơng pháp bố trí mốc quan trắc, các chỉ tiêu kỹ thuật đo đạc và tính toán mạng lới 1.4 thực trạng chuyển dịch và biến dạng công trình ở nớc ta hiện nay 1.4.1 Các đối tợng cần thiết phải quan trắc a Công trình dân dụng Hiện nay có rất nhiều công trình bị chuyển dịch, biến dạng nh:... vị trí ổn định trong suốt quá trình quan trắc - Hệ thống mốc loại hai là mốc gắn trên công trình, cùng chuyển dịch với công trình và đợc gọi là mốc quan trắc Hình thức mốc trong quan trắc chuyển dịch ngang đợc thiết kế phù hợp với đặc điểm của từng loại công trình cụ thể, tuy nhiên điều bắt buộc là các mốc đó đều phải có kết cấu thuận tiện cho việc đặt thiết bị đo và bảo đảm hạn chế sai số định tâm máy . đã chọn đề tài: Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu lới quan trắc chuyển dịch ngang công trình . Nội dung. quan về công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình Chơng 2: Khảo sát phơng pháp bình sai lới tự do Chơng 3: ứng dụng phơng pháp bình sai lới tự